Sezioni dell’articolo
- Meno costi di elettricità – più luce
- Quanto durerà la lampada a LED
- Tipi di lampade a LED
- Selezione della lampada a LED
In questo articolo, parleremo in dettaglio dell’illuminazione a LED, perché nei prossimi anni queste lampade saranno installate nella maggior parte delle lampade all’interno e vicino alle nostre case. Imparerai quali tipi di lampade a LED esistono, da quali fattori dipende la durata di una lampada a LED, come fare la scelta giusta.
Rispetto alle solite lampade per uso domestico – con un filamento e fluorescenti – molti di noi sanno molto poco delle apparecchiature elettriche a LED. No, i normali LED sono presenti nella vita di tutti i giorni da molto tempo, ci informano dell’accensione degli elettrodomestici o scintillano con luci multicolori sull’albero di Capodanno, ma come possono illuminare una stanza o una strada – I LED sono così piccoli, vero? Propongo di esaminare attentamente l’illuminazione a LED da tutti i lati, perché nei prossimi anni queste lampade verranno installate nella maggior parte delle lampade all’interno e vicino alle nostre case..
Meno costi di elettricità – più luce
Qualsiasi lampada elettrica converte l’elettricità ricevuta in radiazione luminosa, visibile all’occhio umano e misurata in lumen. Maggiore è l’efficacia luminosa, più efficienti sono questi apparecchi..
Confrontiamo le lampade a LED e le “lampade Ilyich”. Due decenni prima, per migliorare l’illuminazione, le famiglie hanno sostituito, ad esempio, una lampada a incandescenza da 100 watt con una lampada da 150-200 watt più potente, o installate lampade con più prese, aumentando in ogni caso il consumo di elettricità. Il rapporto tra l’elettricità consumata e l’efficienza luminosa delle lampade a incandescenza è di – 1 watt circa 12 lumen. È possibile aumentare l’efficienza luminosa di tali lampade solo aumentando la temperatura di riscaldamento del filamento di tungsteno, ma ciò ridurrà notevolmente la loro già breve durata – una normale lampada da 100 W non può brillare per più di 1000 ore, poiché il riscaldamento distrugge il filamento incandescente. L’unico modo per aumentare la durata è ridurre l’efficienza già bassa, che non supera il 15%. Ad esempio, abbassando il valore di efficienza al 4% riducendo la tensione consumata dalla lampada, è possibile aumentare la sua durata di servizio di mille volte – ma una lampada del genere risplenderà completamente fioca.
Le moderne lampade a LED per ogni watt di elettricità consumata producono almeno 100 lumen, l’intensità del flusso luminoso che generano supera di circa 10 volte quella delle lampade a incandescenza. Ad esempio, i proiettori a LED sono più efficienti e consumano meno energia rispetto ai loro omologhi a incandescenza. L’efficienza luminosa di una lampada a LED dipende dal tipo e dalla temperatura del riscaldamento a LED, dalle caratteristiche dell’alimentatore e dal suo design: elementi ottici e di diffusione della luce situati sulla base della lampada.
Per ottenere la massima resa luminosa, non è sufficiente dotare una lampada di soli LED di alta qualità. Il produttore deve costruire al suo interno il regime termico più efficace – se la temperatura dei LED nella regione attiva (la zona di ricombinazione degli elettroni sulla superficie del cristallo) aumenta di 10 ° C, il flusso luminoso di tale lampada diminuirà del 2,5%. In altre parole, una lampada a LED che genera un flusso luminoso di 100 lumen, con riscaldamento nella zona di ricombinazione elettronica di circa 25 ° C, dopo l’installazione in una lampada chiusa può riscaldarsi nella zona attiva a 100 ° C – l’intensità della sua radiazione luminosa in questo caso diminuirà a 80 lumen.
Direttività della radiazione luminosa. Le lampade a incandescenza e fluorescenti, installate negli apparecchi di illuminazione, generano un flusso luminoso uniforme in tutte le direzioni – tale illuminazione può essere focalizzata in una direzione solo con l’aiuto di un paralume o di un riflettore. L’emissione di luce dei LED è sempre diretta solo in una direzione, pertanto le lampade a LED sono dotate di un elemento ottico (ottica secondaria) che modifica la direzione lineare del flusso luminoso da ciascun LED all’angolo richiesto, il che consente di ottenere una dispersione della luce.
La linearità del flusso luminoso prodotto da una lampada a LED è sia un vantaggio che uno svantaggio di lampade di questo tipo: da un lato, i lumi non vengono sprecati e illuminano solo le aree necessarie, il che consente l’installazione di lampade a bassa potenza nelle lampade. D’altra parte, la costruzione dell’illuminazione con lampade a LED deve essere presa in modo particolarmente responsabile, poiché il posizionamento errato dei dispositivi di illuminazione porterà alla formazione di aree eccessivamente illuminate e troppo scure nella stanza..
Quanto durerà la lampada a LED
Vari produttori parlano di una durata di 30.000-100.000 ore, ovvero, nel primo caso, la lampada durerà più di 8 anni, nel secondo – oltre 27 anni, a condizione che la lampada venga utilizzata quotidianamente per 10 ore. Come accennato in precedenza, la durata delle lampade a LED dipende da caratteristiche simili dei LED: diamo un’occhiata più da vicino a loro..
Il primo criterio che influenza la durata di un LED è la qualità del cristallo LED e l’uniformità della sua struttura. Durante il funzionamento, il cristallo si degrada per due motivi: a causa di molteplici violazioni del reticolo cristallino e a causa della migrazione di atomi di metallo che formano gli elettrodi.
a) costruzione di un LED convenzionale: 1 – anodo; 2 – catodo; 3 – conduttore; 4 – cristallo; 5 – lente di plastica
b) costruzione di un potente LED: 1 – corpo; 2 – conduttore; 3 – dissipatore di calore; 4 – cristallo; 5 – lente; 6 – catodoIn quelle aree del cristallo in cui il reticolo cristallino ha subito il maggior danno, l’elettricità viene consumata solo con il rilascio di calore, cioè senza radiazione luminosa. La causa esatta di questo difetto non è stata stabilita e si ritiene che sia causata dall’elettricità statica..
Gli atomi di metallo che penetrano nella struttura cristallina dagli elettrodi causano correnti di dispersione: il movimento della corrente nel cristallo attraverso inclusioni metalliche a livello atomico, non viene prodotta luce. Con un aumento della corrente e della temperatura, il processo di penetrazione degli atomi di metallo nel cristallo del LED aumenta drasticamente, mentre la radiazione luminosa e la tensione diminuiscono – un tale LED fallirà rapidamente. Questo svantaggio è insito nelle lampade a LED “overcloccate” economiche, che hanno un’alta luminosità con dissipazione del calore insufficientemente efficiente – i produttori senza scrupoli preferiscono questo, il modo più economico per aumentare le prestazioni luminose dei loro prodotti a causa della durata relativamente breve del prodotto.
Tuttavia, non solo il produttore, ma anche l’utente è spesso responsabile per l’aumento della temperatura all’interno della lampada a LED e, di conseguenza, una rapida usura. Un radiatore che rimuove il calore dai LED deve rilasciarlo all’aria circostante o alla parete a cui è fissato l’apparecchio. Se installi più lampade a LED in un controsoffitto o chiudi la loro lampadina con un materiale adiacente, anche la lampada di alta qualità si surriscalda rapidamente a causa della mancanza di spazio per la dissipazione del calore. A proposito, sarà corretto installare le plafoniere a LED Armstrong nel controsoffitto, realizzate sotto forma di pannelli.
Una scarsa dissipazione del calore durante il funzionamento della lampada a LED influisce anche sul fosforo che copre il cristallo LED e sul sistema ottico incorporato nel LED. Un segno di usura del fosforo è una tinta bluastra della radiazione luminosa causata dalla predominanza della radiazione diretta dal cristallo. Il sistema ottico, realizzato principalmente in silicone o plastica, perde la sua trasparenza, riducendo la luce emessa dai LED.
Va notato che i LED di quattro dei più grandi produttori del mondo in quest’area, vale a dire la società giapponese Nichia, l’olandese Philips, l’americano Gree e il tedesco Osram, hanno le prestazioni più elevate e la durata più lunga. Per quanto riguarda la vita utile delle lampade a LED, è opportuno notare che possono generare radiazioni luminose per diversi decenni, ma l’intensità di queste radiazioni diminuirà gradualmente per i motivi sopra descritti. Dopo 25.000 ore (quando si lavora 10 ore al giorno – 6,5 anni) di funzionamento, l’intensità del flusso luminoso diminuirà del 25-30%, che, tuttavia, soddisfa i requisiti degli standard moderni.
Tipi di lampade a LED
A seconda del loro scopo, le lampade a LED sono divise in strada, industriale e domestico.
Gli apparecchi a LED per esterni che emettono luce bianca sono progettati per illuminare strade, parchi e varie strutture architettoniche; non hanno una lampada sostituibile. Il loro alloggiamento ha due scopi: fornire la massima protezione contro polvere e umidità e anche fungere da radiatore che rimuove il calore nell’atmosfera..
Anche gli apparecchi per uffici (luce bianca), abitazioni e strutture comuni e officine industriali non hanno elementi sostituibili e praticamente non necessitano di manutenzione. Si differenziano dagli apparecchi per illuminazione stradale in quanto soddisfano requisiti più severi in termini di qualità dell’illuminazione, resa cromatica stabile e condizioni operative..
Le lampade a LED per uso domestico (luce gialla) hanno una bassa potenza (fino a 20 W), il loro design e le caratteristiche soddisfano una serie di requisiti per la qualità dell’illuminazione, del fuoco e della sicurezza elettrica, si distinguono per il loro aspetto decorativo. In genere, gli apparecchi domestici sono dotati di lampadine a LED sostituibili. Questo gruppo di lampade è il più diversificato nel design e nella posizione di installazione: possono essere integrati nel soffitto, nel pavimento, nelle pareti, nei mobili, sospesi, utilizzati per l’illuminazione del tavolo, come luce notturna, illuminazione spot, ecc..
Selezione della lampada a LED
La durata di vita di una lampada a LED dipende da una serie di caratteristiche incorporate durante la produzione, pertanto il nome del produttore è importante nella scelta, ovvero solo il criterio del prezzo non determina la sua qualità. Passiamo alla scelta: come non commettere errori acquistando una lampada a LED non economica?
Il solito criterio di selezione – la potenza della lampada in watt – non è del tutto indicativo in relazione alle lampade a LED, poiché riporta solo il suo consumo di energia per unità e dobbiamo conoscere la quantità di radiazione luminosa.
L’emissione di luce, misurata in lumen (lm), caratterizza la capacità di una determinata lampada di illuminare una stanza. In alcuni casi, il produttore “dimentica” di indicare il valore del flusso luminoso sulla confezione della lampada, citando solo un confronto con una lampada a incandescenza di un certo potere – dicono, questa lampada a LED è pienamente coerente con la sua qualità di illuminazione. Suggerisco di utilizzare la tabella seguente per determinare la relazione tra emissione di luce e potenza della lampada..
Potenza della lampada a incandescenza (W) Lampada fluorescente, potenza (W) Lampada a LED, potenza (W) Flusso luminoso (lm), medio 20 5-7 2-3 250 40 10-13 4-5 400 60 15-16 8-10 700 75 18-20 10-12 900 cento 25-30 12-15 1200 150 40-50 18-20 1800 200 60-80 25-30 2500 Sembrerebbe che questi dati siano sufficienti per fare la scelta di una lampada a LED, ma non è così – si dovrebbe tener conto del fatto che le lampade a LED emettono un fascio stretto, a differenza delle lampade fluorescenti e incandescenti. I produttori espandono l’angolo di illuminazione della lampada con un elemento ottico, indicando l’angolo di divergenza del raggio luminoso sulla confezione. Se l’angolo è di 120 °, ciò significa quanto segue: il flusso luminoso emesso dalla lampada diminuisce della metà quando il flusso luminoso si discosta dall’asse centrale di 60 °. Il modello di direttività della radiazione luminosa con una divergenza di 120 ° è piuttosto ampio: lo spazio sotto una lampada del genere verrà illuminato su una vasta area con quasi la stessa luminosità. Le lampade a LED con un angolo di divergenza da 20 ° a 30 ° sono adatte solo per l’illuminazione dell’area (accento), non sono adatte all’illuminazione ordinaria della stanza.
Fantastico, potresti pensare, dovresti scegliere lampade a LED con divergenza di 120 °, non importa come sia! L’illuminazione grandangolare crea un altro problema: l’elevata luminosità grandangolare, che può causare disagio agli occhi delle famiglie. Per questo motivo, le lampade con un ampio angolo di diffusione possono essere installate solo in apparecchi a soffitto e parete che soddisfano i requisiti per un angolo di protezione. Lasciatemi spiegare: l’angolo di protezione dell’apparecchio è l’angolo più grande in cui la sorgente di luce (lampada) stessa non cade nella linea di vista diretta dell’occhio umano, cioè non illumina gli occhi. L’angolo di protezione negli apparecchi di illuminazione viene creato con l’aiuto di schermi reticolari, fissati ad una certa distanza dalla lampadina.
L’indicatore successivo è la temperatura del colore o, in altre parole, la tonalità del colore della radiazione luminosa generata da una determinata lampada. Se tutto era semplice con le lampade a incandescenza – la loro luce era solo gialla, quindi nel caso delle lampade fluorescenti e LED non è così. Quando si sceglie una lampada, assicurarsi di prestare attenzione alla temperatura del colore indicata sulla confezione in gradi Kelvin:
- Da 2700 a 3500 ° K – la cosiddetta luce “calda” con una tonalità gialla, simile alla radiazione luminosa delle lampade a incandescenza. Allo stesso tempo, le lampade con una temperatura di colore di 2700 ° K emettono una luce gialla pronunciata, ma il loro flusso luminoso non è così forte e quelli con una temperatura di colore di 3500 ° K si distinguono per radiazioni luminose più potenti con tonalità di giallo inferiori (producono più luce bianca del giallo).
- Da 4000 a 5000 ° K – emissione di luce bianca neutra, che fornisce illuminazione brillante. Queste lampade sono comunemente utilizzate in uffici, aziende e istituzioni pubbliche;
- Oltre 6500 ° K – luce bianca fredda con elevata efficacia luminosa. Questo gruppo di lampade viene utilizzato solo per l’illuminazione stradale.
Infine, assicurati di prestare attenzione all’indice di resa cromatica (indice di resa cromatica) indicato sulla confezione della lampada – il suo valore numerico caratterizza quanto il colore degli oggetti illuminati da questa lampada corrisponderà al loro colore naturale. Il valore ottimale di questo indicatore sarà un indice di resa cromatica di 70 e superiore (o un grado di resa cromatica di almeno 2A). I lampioni possono avere un valore di indice inferiore di 60 (o 2B), ma non inferiore.
Mi chiedo se l’illuminazione a LED possa offrire diverse sfumature di luce per adattarsi ai diversi ambienti e alle diverse occasioni.